اختراق في محاكاة البروتين: باحثون في برلين يُحدثون ثورة في الطريقة!

اختراق في محاكاة البروتين: باحثون في برلين يُحدثون ثورة في الطريقة!

في 18 يوليو 2025، تمكن فريق بحثي دولي بقيادة الأستاذة الدكتورة سيسيليا كليمنتي من جامعة برلين الحرة مقالة رائدة في المجلةكيمياء الطبيعةمما أحدث ضجة في العالم العلمي. تقدم المقالة نموذجًا جديدًا يتيح محاكاة دقيقة وفعالة للبروتينات - أسرع بكثير من محاكاة الديناميكيات الجزيئية التقليدية.

إن التحدي المتمثل في تصوير طي البروتين وديناميكياته بشكل واقعي موجود منذ أكثر من 50 عامًا. استخدم الباحثون التعلم العميق لتطوير نظام يقارب عمليات محاكاة البروتين الذري بالكامل. يستخدم النموذج المطور حديثًا، CGSchNet، شبكة عصبية بيانية لتعلم التفاعلات الفعالة بين الجسيمات. تفتح هذه الأساليب المبتكرة تطبيقات واعدة في تطوير الأدوية وعلاجات الأجسام المضادة للسرطان والأمراض الأخرى.

التقدم في محاكاة البروتين

يركز النموذج على عملية الطي الديناميكي للبروتينات، بما في ذلك الحالات الوسيطة التي تلعب دورًا في الطيات الخاطئة، مثل الأميلويدات. إنه يحاكي التحولات بين الحالات المطوية التي تعتبر ضرورية لوظيفة البروتينات. يتمثل التقدم الكبير في هذا النموذج في القدرة على التنبؤ بدقة بالحالات طويلة العمر للبروتينات المطوية والمكشوفة والمضطربة.

إحدى أبرز ميزات نموذج CGSchNet هي القدرة على التنبؤ بالاستقرار النسبي لطفرات البروتين المطوي، وهو ما لم تتمكن الطرق السابقة من تحقيقه. تعمل البروفيسورة الدكتورة سيسيليا كليمنتي، التي كانت أستاذة الكيمياء والفيزياء سابقًا في جامعة رايس في هيوستن، تكساس، على تعزيز الأبحاث في الفيزياء الحيوية النظرية والحاسوبية في جامعة برلين الحرة. ويحظى عملهم بدعم من منحة أينشتاين للأستاذية، التي تدعم جامعات برلين وشاريتيه في مفاوضات التعيين أو الإقامة.

البيانات والنماذج بالتفصيل

استخدمت الدراسة مجموعات بيانات شاملة. تحتوي مجموعة البيانات القياسية على 1,262 هدفًا وتغطي مجموعة واسعة من هياكل البروتين، بما في ذلك 717 بروتينًا أحادي المجال، و257 هدفًا منشورًا حديثًا، و288 هدفًا من CASP 8–14. تم إعداد مجموعات البيانات هذه لإزالة التكرار وضبط هوية التسلسل إلى أقل من 30%.

تتضمن مجموعة بيانات Human Protome 20,595 بروتينًا وتتيح التحليل المتمايز للبروتينات أحادية المجال ومتعددة المجالات. ومن بين هذه البروتينات، تم التنبؤ بـ 19,512 بروتينًا، وهو ما قد يكون ذا أهمية كبيرة للتنبؤ بالبنية. بالإضافة إلى ذلك، تم دمج خط أنابيب D-I-TASSER، الذي يستخدم نهجًا هجينًا للتنبؤ ببنية البروتين، في البحث.

ينفذ خط الأنابيب هذا جميع الخطوات بدءًا من إنشاء MSA العميق وحتى تحديد قالب الترابط وحتى التحسين الهيكلي وتقييم النموذج. يوضح استخدام أحدث الخوارزميات والتقنيات مثل DeepPotential وAttentionPotential الطابع المبتكر للعمل.

نتائج الدراسة قابلة للتحويل إلى مجموعة متنوعة من البروتينات خارج مجموعة بيانات التدريب المحددة، مما يؤكد أهمية النموذج لأبحاث الكيمياء الحيوية. يمكن أن يكون لتطبيق الأساليب التي تم تطويرها في الدراسة آثار بعيدة المدى على مستقبل أبحاث البروتين وتطوير الأدوية. مزيد من المعلومات متاحة في المنشور التفصيلي طبيعة للعثور على.